JPH077662B2 - 紫外線始動源を備えたアーク放電ランプ - Google Patents

紫外線始動源を備えたアーク放電ランプ

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JPH077662B2
JPH077662B2 JP63263028A JP26302888A JPH077662B2 JP H077662 B2 JPH077662 B2 JP H077662B2 JP 63263028 A JP63263028 A JP 63263028A JP 26302888 A JP26302888 A JP 26302888A JP H077662 B2 JPH077662 B2 JP H077662B2
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ジー・ティー・イー・プロダクツ・コーポレイション
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    • H—ELECTRICITY
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高圧金属蒸気アーク放電ランプの始動に関し、
特に、メタル−ハライド充填物を有する放電ランプに有
用である。
［従来の技術］ 高圧メタル−ハライドアーク放電ランプは一般に内部に
イオン化可能な充填物を含む細長い発光管を含み、この
発光管の両端部に圧力封止部をそれぞれ有する。発光管
内には各端部に１つの２つの主電極が配置されている。
これら電極は一般に圧力封止部で支持されており、かつ
通常は圧力封止部内に配置された薄いモリブデンのリボ
ンに接続されている。薄いモリブデンのリボンを設けた
目的はその薄さによって熱膨張の小さい電気的フィード
スルーを提供でき、しかもその幅によって十分な電流搬
送能力を有するからである。
ガス放電の始動を容易にするために、発光管内に主電極
の一方に隣接させて始動電極を配置してもよい。そのよ
うな電極は、始動電極とその隣接する電極間に、２つの
主電極間に放電を生じさせるのに必要であるよりも非常
に低い始動電圧で、放電を開始させることができるの
で、使用されている。いったん放電が始まると、イオン
化されたガスが２つの主電極間に一次電子を提供し、主
電極間に十分な電位が得られるならば、放電がそれら電
極間に生じる。通常、始動電極は、放電が開始された
後、始動電極を流れる電流を制限するために直列の抵抗
を有する。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、始動電極用の圧力封止された電気的フィ
ードスルーは早過ぎる封止部の破壊をもたらすナトリウ
ムの電解破壊作用を受け、これは新しい低色温度の高効
率メタル−ハライドランプに付随する高い封止温度にお
いて一層悪くなる。これら理由のため、始動電極を設け
ることはやめて高圧の始動パルスを発光管の主電極に直
接印加している。この方法によれば、始動電極に関連す
る封止部破壊の問題は除去できるが、しかし高電圧がラ
ンプの主電極に印加されたときから放電が生じるガスブ
レークダウン時間までにかなりの統計的始動時間が存在
する。「統計的」に始動時間とは、所定のランプ及び始
動回路に対するブレークダウン又は始動時間がある範囲
の値にわたって分布しており、その結果、例えば電圧を
Ｎ回印加した場合に、ブレークダウンが生じる時間が、
ある特定例においては始動時間が比較的短いことを、ま
たある場合には比較的長いことを示す比較的広い範囲に
わたって分布しているということを意味する。
［発明の目的］ それ故、本発明の１つの目的は従来技術の欠点を除去す
ることである。
本発明の他の目的は高電圧をランプ端子に印加したとき
から放電が生じる時間までの統計的始動時間を減少させ
た改良されたメタル−ハライドアーク放電ランプを提供
することである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明の一面においては、これら目的は次の構成のメタ
ル−ハライドアーク放電ランプを提供することによって
達成される。このランプは水銀及びメタル−ハライドを
含む化学的充填物を含み、かつ第１及び第２の電極が対
向する端部にそれぞれ封止されている発光管を具備して
いる。外囲器がこの発光管を取囲んでおり、かつこの外
囲器は発光管に電気的に接続するための第１及び第２の
端子を有する。このランプは発光管の各電極をそれぞれ
の端子に電気的に結合するための手段をさらに含む。紫
外線源が外囲器内に発光管に近接して設けられており、
発光管の電極間の経路を照射する放射線を発生してこれ
ら電極間にガス放電を生じさせるのに必要な時間を減少
させるようにしている。
紫外線源は紫外光透過物質よりなる容器と、この紫外線
源の容器内に含まれた充填物質と、この紫外線の容器に
封止された単一の電極とを具備する。発光管の第１の電
極を第１の端子に電気的に結合するための前記手段に前
記単一の電極を電気的に結合するための手段が設けられ
ている。紫外線源の容器の一部分が、発光管の第２の電
極を第２の端子に電気的に結合するための前記手段に容
量結合されており、その結果この紫外線源はランプの始
動中、ランプの第１及び第２の端子が付勢されたとき
に、紫外線を発生する。
本発明の他の面によれば、紫外線源の容器の一部分と発
光管の第２の電極を第２の端子に電気的に結合するため
の前記手段とは隣接した関係にある。
本発明の他の面によれば、紫外線源の容器は短波長限界
の253.7ナノメートル又はそれ以下に及ぶ透過帯域を有
する石英、バイコール（Vycor）又は紫外線透過ホウケ
イ酸ガラスである。
本発明の他の面によれば、ゲッタ手段が紫外線源の容器
内に配置され、かつ単一の電極と関連しいる。この電極
は紫外線源のブレークダウン電圧を下げるように形成さ
れた手段を有することが好ましい。
本発明の他の面によれば、紫外線源の単一の電極を、発
光管の第１の電極を第１の端子に電気的に結合するため
の前記手段に、結合するための前記手段が紫外線源の容
器の一端に封止された箔（例えば、モリブデン）並びに
この箔に取付けられかつ紫外線源の容器の外側に延在す
る導入導体を含んでいてもよい。別の例として、膨張係
数の合致したガラスと導入材料との直接の封止により結
合を行なってもよい。
本発明の他の面によれば、メタル−ハライドアーク放電
ランプは、紫外線源の容器の外表面の一部分を、発光管
の第２の電極を第２の端子に電気的に結合するための前
記手段に、結合する接点をさらに含む。
本発明は添付図面を参照しての以下の記載からより一層
明瞭になるであろう。
［実施例］ 本発明、並びに本発明の他の目的、利点及び能力のより
良き理解のために、以下、本発明の好ましい実施例につ
いて詳細に説明する。
添付図面を参照すると、第１図には排気された外囲器７
を含むメタル−ハライドアーク放電ランプ３が示されて
いる。排気された外囲器７はガラスステム部材９に気密
封止される。第１及び第２の端子12及び14をそれぞれ有
する外部ベース11が電気回路に接続するために気密封止
されたステム部材９及び排気された外囲器７に取付けら
れる。ランプに使用される外囲器７の形状及び特定形式
の外部ベース11は第１図に示すものと相違するものでも
よい。一対のステムリード電気導体13及び15はステム部
材９に封止され、かつこれを貫通して排気された外囲器
７の外部でベース11の端子に電気的に接続され、放電ラ
ンプ３を付勢することを可能にしている。外囲器７内に
は発光管33が配置されており、この発光管33は600℃か
ら800℃の正常な動作温度において数気圧の圧力に達す
る水銀及びメタル−ハライドを含むイオン化可能な放射
線発生化学的充填物を有する。１つの適当な充填物は水
銀、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化スカンジウム、並びにア
ルゴンのような不活性ガスを含み、始動及びウォームア
ップを容易にしている。充填物は約20:1乃至約28:1の範
囲の比率のナトリウム及びスカンジウムのヨウ化物を含
むことが好ましい。発光管33はまた、対向する端部にそ
れぞれ封止された第１及び第２の電極35及び37を含む。
金属の外部ストラップ部材39が発光管33の外表面に取付
けられている。ストラップ部材39は支持部材16に電気的
かつ機械的に接続されている。
支持部材16は放電ランプ３の長手方向軸線に平行な軸線
に沿って延在し、排気された容器７の上部20に隣接した
かつこの上部20に整合した環状部分19を一端に含む。支
持部材16の他端はステム部材９のまわりに配設され、か
つステムリード電気導体13及び15から電気的に隔絶され
ているストラップ部材23によって強固に保持されてい
る。
石英のスリーブの形式の熱損失減少部材25が発光管33を
取囲んでいる。熱損失減少部材25はベース11側にドーム
状部分27を、また反対側に開放端部部分29を含むもので
よい。金属のバンド31が熱損失減少部材25のまわりに取
付けられ、かつこの部材25に固定されており、そして支
持部材16に電気的にかつ機械的に接続されている。
電極35、37が発光管33の対向する端部に取付けられてお
り、各電極は外部導体リード４、41が接続されているモ
リブデンの箔18にそれぞれ延在している軸状部17をそれ
ぞれ含む。気密封止部がモリブデン箔の部分において、
挟圧封止動作中に、融解シリカを押圧することにより形
成される。発光管導体リード41が電気導体13に接続され
る。発光管導体リード４は戻りリード43に接続されてお
り、この戻りリード43は熱損失減少部材25に隣接して配
置され、かつ導体ステムリード15に接続されている。電
気導体13、15は外囲器７のネック状端部に取付けられた
ベース11（例えば、ねじ込み式ベース）の端子12、14に
それぞれ接続されており、それによってランプ動作回路
が完成する。
ゲッタ61が外囲器７内に位置付けされ、かつ支持部材16
に取付けられている。
本発明の教示によれば、メタル−ハライドアーク放電ラ
ンプ３は紫外線源21（第２図）をさらに含み、この紫外
線源21は発光管33に近接するように外囲器７内に配置さ
れ、発光管33内の電極35、37間の経路を照射する紫外放
射線を発生し、これら電極間にガス放電を生じさせるの
に必要な時間を減少させるものである。電極間に高電圧
を印加するのと同時に付勢される紫外線源を発光管に隣
接させて設けることにより、統計的始動時間が相当に減
少し、発光管の電極間にガス放電を生じさせる確率が相
当に増大する。また、その結果の始動時間が非常に狭い
範囲に分布する。紫外線は放電ギャップに光電子を発生
させ、これによってガスのブレークダウンが早まり、従
って発光管の電極間の放電の開始が早まる。
さて、第２図に示された実施例を特に参照すると、紫外
線源21は、米国のコーニングガラス社から入手できる97
41のような、短波長限界の253.7ナノメートル又はそれ
以下に及ぶ透過帯域を有する紫外線透過ホウケイ酸ガラ
スよりなる容器45を含む。容器45はその一端部に封止部
47（例えば、直接又は挟圧封止部）が形成されている。
代表的には、第２図の容器は外径が約4.0ミリメートル
（約0.157インチ）、内径が約2.0ミリメートル（約0.07
8インチ）、そして全体の長さが約15.0から約20.0ミリ
メートル（約0.590から約0.787インチ）である。単一の
電極48が容器45に封止され、この電極48はリード50（例
えば、コバールワイヤ）によって支持されたゲッタ手段
49を含んでいてもよい。リード50は第２図においては封
止部47を通って外側に延在している。ゲッタ手段49とし
て適当な材料はイタリア、ミラノのサエス・ゲッタ社に
よって製造されたST101/ST505である。ゲッタ手段49と
して選ばれた材料はゲッタ作用デバイスとして及び水銀
が充填物中に含まれている場合には水銀分配器の両方と
して作用し得る。
第3A図及び第3B図に示された紫外線源の他の実施例にお
いては、紫外線源21′は圧力封止部47′が一端部に形成
された純粋の融解シリカ（石英）又は商品名バイコール
の高シリカガラス（コーニングガラス社）のような紫外
線透過材料の容器45′を含む。第3A図及び第3B図におい
て、単一の電極48′は容器45′に封止され、タングステ
ンロッド51によって支持されたゲッタ手段49を含む。タ
ングステンロッド51は圧力封止部47′に埋設されたモリ
ブデン箔部材53に溶接されている。外部リード55がモリ
ブデン箔53に溶接されている。別の例として、電極48′
（又は第２図の48）はトリウムタングステンから構成す
ることができる。リード又はロッドによって支持した状
態を図示したけれど、ゲッタ手段49は容器内で自由状態
にあってもよい。ブレークダウン電圧をさらに低下させ
るために尖った先端、エッジ、或は角部が電極又は取付
けられたゲッタに含まれていてもよい。
不活性ガス又はそれらの組合せを含む、或は水銀との組
合せで不活性ガス又はそれらの組合せを含む充填物は約
１トルから約50トル迄の範囲内の圧力で紫外線源の容器
内に含まれている。不活性ガスの組合せはいわゆる「ペ
ニングの混合物」よりなるものでよい。圧力は約５トル
から約15トル迄の範囲内にあることが好ましい。
紫外線源の実際の充填圧力は紫外線源の所望のブレーク
ダウン電圧（紫外線源から発生し得る任意の出力での点
弧を保証するものである）と紫外線源の紫外線出力との
妥協値として選定される。発生される紫外線の強度及び
紫外線源のブレークダウン電圧は紫外線源内の充填圧力
が増大するにつれ増大する。ある場合には、妥協値を見
出すことが困難であるかもしれない。この問題を克服す
る１つの方法は紫外線源の一端部を容量的に結合するこ
とであるということが判明した。他端部に位置付けされ
た単一の電極はブレークダウン電圧を減少させることに
よって紫外線源の点火を保証し、従って出力電圧とブレ
ークダウン電圧間に妥協が得られる。アメリシウム241
又はクリプトン85のような固体又はガス放射性源がブレ
ークダウン電圧を下げるために充填物中に含まれてもよ
い。紫外線源を容量結合することは紫外線源と直列に安
定抵抗を設ける必要を除去する。
第１図に例示した実施例において、紫外線源21の容器45
の一部分は戻りリード43に容量的に結合されており、従
って紫外線源21は、ランプ３の端子12及び14が付勢され
たときに、ランプの始動中紫外線を発生する。十分な結
合のために、容器45は結合導体から約1.27センチメート
ル（約0.5インチ）以上離間されない。容器45は戻りリ
ード43と隣接関係にあることが好ましい。第１図におい
て、ロッドにより支持されたゲッタ手段を含む紫外線源
21の電極48はリード50を通じて外部導体リード41に電気
的に結合されている。導体ステムリード13及び15の極性
が反転された（即ち、13が中性）場合には、紫外線源21
の外部リード50は戻りリード43に接続され、一方容器45
の一部分は導体リード41に容量結合される。ゲッタ手段
49の角部の１つのような電極に形成された先端はデバイ
スの電界エンハンスメントを改善する。
容器45又は45′に対する結合表面領域をさらに増大させ
るために、紫外線源の電極の無い側に接点57（第3A図及
び第3B図）が形成され、紫外線源をランプの所望の電流
搬送リードの１つ（例えば、戻りリード43）に容量結合
している。
第3A図及び第3B図に例示された実施例においては、接点
57は紫外線源21′の容器45′の外表面の一部分のまわり
にらせん状に巻かれた別個のワイヤ58から形成されてい
る。接点57の遠い方の端部59は、例えば、ランプ３の戻
りリード43に溶接されている。別の例として、紫外線源
の容器45又は45′の外表面の一部分のまわりに戻りリー
ド43の一部分をらせん状に巻くことによっても結合表面
領域は増大できる。また、導電性メッシュのスリーブが
結合負荷インピーダンスを最適にするために使用でき
る。
本発明の教示による紫外線源を含む代表例ではあるが限
定するものではないメタル−ハライドアーク放電ランプ
の一例はBU/BDM100メタル−ハライドアーク放電ランプ
であった。紫外線源の容器は、外径が約6.0ミリメート
ル（約0.236インチ）で内径が約4.0ミリメートル（約0.
157インチ）のコーニングガラス社から入手できる9741
ホウケイ酸ガラスから形成された。この容器は約10トル
の圧力のアルゴン充填物を含んでいた。単一の電極は約
3.0ミリメートル（約0.118インチ）×約6.35ミリメート
ル（約0.250インチ）のST101/ST505の部片を、紫外線源
の容器の一端部に配置された直接の封止部を通って延在
する約0.50ミリメートル（約0.020インチ）のコバール
ワイヤに取付けることによって形成された。容器の一部
分はランプの戻りリードと隣接する関係にあった。
電圧の印加からランプに電流が流れるまでの始動時間に
ついての紫外線の驚くべき効果は本発明の紫外線源を有
する構成のランプと本発明の紫外線源を有さない構成の
ランプとの始動時間の分布を比較することにより十分に
理解できる。テストランプは第４図に示す既知のパルス
回路で測定された。第４図に示すように、交流（AC）電
圧源63が入力端子60、61に接続されている。モデル番号
71A5380のような誘導性安定器65が入力端子60とランプ7
3の一方の端子69との間に接続されている。モデル番号L
I531のようなイグナイタ67が第４図に示すようにランプ
73の端子69と71間に接続されている。上記した誘導性安
定器及びイグナイタは米国イリノイ州シカゴのアドバン
ス・トランスフォーマー社から入手できる。適当なイグ
ナイタは半サイクル当り少なくとも3300ボルトの振幅及
び少なくとも2.0マイクロ秒のパルス幅を有する少なく
とも３つの高電圧パルスを発生する。
第５図は上記例に記載したものに類似するが紫外線源を
有さない一群のランプの始動時間の第４図のパルス回路
で測定された頻度分布のヒストグラムである。第５図は
10のランプの各ランプをそれぞれ７回始動させた結果を
表わす。始動の回数はＹ軸にプロットされ、始動時間は
対数目盛りでＸ軸にプロットされている。分布は約１秒
の最短の時間から約300秒の最長の時間までの範囲にあ
る。第５図の斜線で示した棒グラフはあるときに始動で
きなかった２つのランプを示す。平均始動時間は105.1
秒である。
これに対し、第６図に示されたヒストグラムは第４図の
同じパルス回路でテストした第２の群のランプの結果を
示す。第６図は上記例に記載したものに類似するが紫外
線源を有する８つのランプから収集したデータを表わ
す。各ランプは８回始動された。分布は約0.1秒を中心
とした非常に狭い範囲にある。平均始動時間は約0.3秒
である。
放電を開始させるのに必要なパルス電圧、即ちブレーク
ダウン電圧、は上述の紫外線源を導入することによって
低くなる。
現在本発明の好ましい実施例であると考えられるものを
示し、かつ記載したが、本発明の範囲から逸脱すること
なしに、種々の変形及び変更がなし得ることはこの分野
の技術者には明らかであろう。図面に示し、かつこの明
細書に記載した実施例は本発明の原理及びその実際の適
用例を最良に説明し、この技術分野の他の人達が種々の
実施例においてかつ意図される特定の用途に適するよう
に種々の変形及び変更をもって本発明を最良に利用でき
るようにするためのものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による紫外線源を含むメタル−ハライド
アーク放電ランプの一実施例の一部分を切欠した正面
図、第２図は紫外線源の一実施例を示す一部分を切欠し
た正面図、第3A図は紫外線源の他の実施例を示す一部分
を切欠した正面図、第3B図は第3A図の紫外線源の一部分
を切欠した側面図、第４図はメタル−ハライドアーク放
電ランプ組立体の概略回路図、第５図は本発明の紫外線
源を有さないメタル−ハライドアーク放電ランプの始動
時間対始動回数を示すヒストグラム、第６図は本発明に
よる紫外線源を有するメタル−ハライドアーク放電ラン
プの第５図と同様のヒストグラムである。 3:メタル−ハライドアーク放電ランプ 7:外囲器 9:ガラスステム部材 11:外部ベース 12、14:端子 13、15:ステムリード電気導体 16:支持部材 21、21′：紫外線源 25:熱損失減少部材 33:発光管 35、37:電極 41:外部導体リード 43:戻りリード 45、45′：紫外線源の容器 47、47′：封止部 48、48′：単一の電極 49:ゲッタ手段 50:リード 51:タングステンロッド 53:モリブデン箔 55:外部リード 57:接点 58:ワイヤ 59:接点57の遠い方の端部 60、61:入力端子 63:交流電圧源 65:誘導性安定器 67:イグナイタ 69、71:ランプ端子 73:ランプ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１及び第２の電極が対向する端部にそれ
    ぞれ封止され、水銀及びメタル−ハライドを含む化学的
    充填物を含む発光管と、 該発光管を取囲み、かつこの発光管に電気的に接続する
    ための第１及び第２の端子を有する外囲器と、 前記発光管の前記第１の電極を前記第１の端子に電気的
    に結合するための手段と、 前記発光管の前記第２の電極を前記第２の端子に電気的
    に結合するための手段と、 前記外囲器内に前記発光管に近接して配置され、前記発
    光管の前記電極間の経路を照射する放射線を発生してこ
    れら電極間にガス放電を生じさせるのに必要な時間を減
    少させる紫外線源であって、紫外光透過物質よりなる紫
    外線源の容器と、該紫外線源の容器内に含まれた充填物
    質と、該紫外線源の容器に封止された単一の電極と、該
    単一の電極を、前記発光管の第１の電極を第１の端子に
    電気的に結合するための前記手段に、電気的に結合する
    ための手段とを含む紫外線源 とを具備し、 前記紫外線源の容器の一部分が、前記発光管の第２の電
    極を第２の端子に電気的に結合するための前記手段に、
    容量結合され、前記紫外線源が当該ランプの始動中、こ
    のランプの前記第１及び第２の端子が付勢されたとき
    に、紫外線を発生するようにしたことを特徴とするメタ
    ル−ハライドアーク放電ランプ。
  2. 【請求項２】前記紫外線源の容器の前記一部分が、前記
    発光管の第２の電極を第２の端子に電気的に結合するた
    めの前記手段に、隣接している特許請求の範囲第１項記
    載のメタル−ハライドアーク放電ランプ。
  3. 【請求項３】前記紫外線源の容器の前記一部分と前記発
    光管の第２の電極を第２の端子に電気的に結合するため
    の前記手段とが隣接した関係にある特許請求の範囲第１
    項記載のメタル−ハライドアーク放電ランプ。
  4. 【請求項４】一端部に圧力封止部が形成されている紫外
    光透過物質よりなる容器と、 該容器内に含まれた不活性ガスを含む充填物質と、 前記容器内に配設された単一の電極と、 前記圧力封止部内に配置され、前記単一の電極に接続さ
    れた箔部材と、 該箔部材に接続され、前記圧力封止部の外側に延在する
    リード とを具備することを特徴とする紫外線源。
  5. 【請求項５】第１及び第２の電極が対向する端部にそれ
    ぞれ封止され、水銀及びメタル−ハライドを含む化学的
    充填物を含む発光管と、該発光管を取囲み、かつこの発
    光管に電気的に接続するための第１及び第２の端子を有
    する外囲器と、前記発光管の前記第１の電極を前記第１
    の端子に電気的に結合するための手段と、前記発光管の
    前記第２の電極を前記第２の端子に電気的に結合するた
    めの手段と、前記外囲器内に前記発光管に近接して配置
    され、前記発光管の前記電極間の経路を照射する放射線
    を発生してこれら電極間にガス放電を生じさせるのに必
    要な時間を減少させる紫外線源であって、紫外光透過物
    質よりなる紫外線源の容器、該紫外線源の容器内に含ま
    れた充填物質、該紫外線源の容器に封止された単一の電
    極、及び該単一の電極を、前記発光管の第１の電極を第
    １の端子に電気的に結合するための前記手段に、電気的
    に結合するための手段を含む紫外線源とを具備し、前記
    紫外線源の容器の一部分が、前記発光管の第２の電極を
    第２の端子に電気的に結合するための前記手段に、容量
    結合され、前記紫外線源が当該ランプの始動中、このラ
    ンプの前記第１及び第２の端子が付勢されたときに、紫
    外線を発生するように構成されたメタル−ハライドアー
    ク放電ランプと、 交流電源に接続されるように動作する入力端子と、 該入力端子の一方と前記メタル−ハライドアーク放電ラ
    ンプの前記第１の端子との間に接続された誘導性安定器
    と、 前記メタル−ハライドアーク放電ランプに接続された高
    電圧パルスを発生するためのイグナイタ手段 とを具備することを特徴とする交流電源に接続されるメ
    タル−ハライドアーク放電ランプ組立体。
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